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與南京大學(Nanjing University)博士生交流活動 2009
系列報導 ~
(時間:98年7月5日至7月11日;地點:南京大學)
【之五】
撰文:光電所博士班學生蔡建中
中午於南大的南方園學生餐廳吃完午飯後,由南大傅德頤同學領軍,一行人前往蒙民偉大樓頂樓的微加工中心。此大樓為香港信興集團主席蒙民偉所捐贈,故此大樓以此命名。此大樓於2003年7月竣工,素有"江蘇高校第一高樓"之稱,亦為南京大學現代化標誌性建築。此樓層亦為其國家重點實驗室-固體微結構國家實驗室之一實驗中心。下圖所示之微加工中心,更有鴻海董事長郭台銘前往參訪過,並給予高度讚賞。
此牌坊右側大門口進入的通道,有設置一雙扇負壓隔離門,可防止灰塵跑進無塵室,進而影響內部微結構生長的品質。內部格局為單一通道設計。整層大樓僅一入口與一出口,目的為有效控制無塵室的大氣環境。無塵室內部該有的設備一應俱全,從一般我們所熟知之光學顯微鏡,到可觀察細部結構的電子顯微鏡、原子力顯微鏡、掃描式電子顯微鏡等,應有盡有。在此處生長出的二維與三維光子晶體結構,也都可藉由這些機台去計算量測出表面形貌、粒子大小、週期、與幾何結構圖形。當然,E-gun真空腔體薄膜蒸鍍機、有機金屬化學氣相沉積機、E-beam
蝕刻機等較著名的機台,也是他們生長微結構過程當中,不可或缺的夥伴。目前大多數物理系所欲製備的微結構所需機台與器材,都可以在此處一貫手續完成。
由於參訪的前一天南京下暴雨,導致當地造成罕見的水患,我們一行人進去無塵室後,發現天花板有些微漏水的現象。另外,他們的無塵室地處此大樓之頂樓處,震動或多或少會讓無塵室在磊晶或者是結構生長與蝕刻,受到一定程度的影響。所幸南京不像台灣,位於環太平洋地震帶,所以震動的因素或許可不列入生長環境考慮。
【之六】
撰文:光電所博士班學生紀裕傑
七日中午,利用短暫的休息時間,在南京大學物理系博士班學生呂新杰的帶領下,參觀了南京大學閔乃本院士與其研究團隊(朱永元教授、祝世寧院士、陸亞林教授及陸延青教授等)對《介電體超晶格(Superlattice)
(光學超晶格與聲學超晶格)材料的設計、製備、性能和應用》之研究,該研究主張用光代替電子作為信息載體,並將超晶格的概念推廣到介電材料(不導電但可透光的材料)上,也就是在絕緣的介電材料中引入在幾何結構上與晶格相似的人工有序微結構,藉以實現對光與聲的控制。總體思路是利用介電材料的線性、非線性光學效應、壓電效應、聲光效應等不同的物理效應對光、聲的頻率、強度、相位、偏振、傳播方向等進行轉換、調製操縱和控制,其研究成果簡單列表如下:
1. 發展了兩種超晶格製備技術,分別為控制生長條紋(Grown
striations)與室溫電場極化技術(Electric-field poling method),並研製出週期(Periodic)、准週期(Quasiperiodic)、變週期(Period-varying)及二維等不同結構的光學超晶格。
2. 將光學超晶格與全固態激光技術結合,研製出多波長可調諧(Tunable
multi-wavelength)光學超晶格全固態激光器。
3. 提出聲學超晶格概念,建立超高頻聲波激發和傳播的理論,並製備超高頻聲學原型器件。
4. 提出離子型聲子晶體(Ionictype phononic
crystal)的概念,在實驗和理論上將晶體中光波與聲波的耦合效應(極化激元(Polariton)的激發)從紅外擴展至微波階段。
5. 發現了超晶格中基於壓電效應的新型極化激元。
6.
將Bloembergen的准相位匹配理論從週期結構推廣到准週期結構、非週期結構,從一維拓展至二維,發展了多重准相位匹配理論,研製出能實現准相位匹配的超晶格材料。
7.
利用准相位匹配材料,發現了多種新穎的非線性光學效應。如光散射增強效應,非線性Cerenkov輻射,非線性光學中的Huygens原理等。
8. 光學超晶格可作為一種新型的糾纏光源(Entangled light
source),其轉換效率比傳統的BBO、LBO等晶體提高了一個量級,在波導中甚至高出四個量級以上。另一方面,其靈活的相位匹配方式及豐富的非線性耦合過程也大幅地擴展了糾纏源的功能。
9. 利用光學超晶格的獨特優勢,從理論上研究了耦合參量過程(Matching
parameter process)產生的多光子糾纏(Multi-photon
entanglement)態以及多模連續變量糾纏(Multi-mode continuous-variable
entanglement),並利用疇工程(Domain engineering)技術在實驗上實現了對糾纏光子(Entangled
photon)的波前調控。
10. 構造出一些特殊的人工金屬結構,其電子的集體震盪元激發(Plasmon)可以對光波產生磁響應。利用這些磁響應單元做為人工磁原子(Artificial
magnetic atom)可以組裝出新型m≠1的人工磁特異介質。
11. 針對不同形式微奈米結構磁原子的本徵特性以及對光的影響和調控的性質開展研究,著重考察多個磁原子之間耦合性質及由此構造的新型光學材料的各種功能特性。
自1978年閔乃本教授與其研究團隊致力於介電體微結構和介電體超晶格的研究以來,在材料製備、物理效應、器件研製等方面展開了漫長的研究歷程。陸亞林、陸延青等教授在閔乃本院士的指導下,利用各種週期的超晶格材料,實現了對連續波、奈秒脈衝、皮秒脈衝及飛秒脈衝等一系列光源的倍頻,其頻率轉換波長覆蓋了從紅外到藍紫光的寬廣頻段,得到國際學術界的廣泛認同,其研究結果有3篇被發表在《Science》,10篇被發表在《Phy.
Rev. Lett.》(兩篇封面文章),100餘篇被發表在SCI論文中,另有綜述性論文十餘篇,在國際會議上作特邀報告二十五餘次及美國專利二項。
在整個參觀過程中,令我印象深刻的有兩件事,其一是介紹人員對所屬實驗室研究成果相當瞭解,即使不是自己的專業領域,也能提綱挈領地介紹,而面對我們提問時,也都能不慌不忙地進行深入的回答。其二則是來參觀的包含了大陸各大學(清華大學、上海交通大學、中科院光機所及天津大學等)的博士生,在參觀過程中十分積極的提問,不論問題是否深入,只要不懂就問,這對於問問題前總是要思考再三,最後仍不見得敢問的我們,實在是一件值得學習的事。此外,雖然從目前的發表看來,閔院士與其研究團隊的研究成果相當豐碩,但其實在研究的最初並未被人所看好,因為在當時這是一個相當冷門的題目,也還僅是在理論階段,但閔院士與其研究團隊在經過近二十年的努力與南京大學的全力配合後,得到了極成功的成就,針對此一問題,閔院士在一次接受訪問中給了一個答案:「一個真正有素質的科學家,要耐得住寂寞,為了追求自己的科學設想,是要十年、二十年做下去的。」我想這其實給了我們一定程度的提醒,在面對自己的研究題目時,或許會遇到許多困難,當然也不見得能馬上有成果,但若能靜心思考,持之以恆,必能有所得。
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